Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М.А.БОНЧ-БРУЕВИЧА КВАНТОВАЯ ФИЗИКА МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010 Лабораторная работа 6.2 ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА Цель работы Ознакомление с работой спектрометра и определение с его помощью постоянной Планка. Введение. Постоянная Планка –– одна из универсальных числовых констант природы, входит во многие формулы и физические законы, описывающие поведение материи и энергии в масштабах микромира. Эта константа была введена М. Планком в 1900 году при объяснении законов излучения нагретых тeл. Согласно гипотезе Планка, излучение происходит порциями – квантами. Квант электромагнитного излучения – фотон – обладает энергией (), пропорциональной частоте излучения (). Коэффициент пропорциональности и есть постоянная Планка.  (1)Так как частота излучения связана с длиной волны () и скоростью света (с)  ,то энергию фотона можно выразить и через длину волны излучения:  (2)Величина постоянной Планка составляет h ≈ 6,62·10-34 Дж·с. Для экспериментального определения постоянной Планка, как следует из (2), надо независимо определить и . В лабораторной работе используется фотохимическая реакция разложения двухромовокислого калия  на ионы: →  Энергия диссоциации этой реакции составляет  = 3.67·10-19 Дж. При облучении водного раствора К2Cr2O7 фотоны с энергией меньшей пройдут через раствор, поскольку их энергии недостаточно для возникновения диссоциации. Фотоны с энергией превышающей вызывают диссоциацию и поглощаются раствором. Если удастся экспериментально определить граничную длину волны  , такую, что фотоны с  проходят через раствор, а с  – поглощаются раствором, то можно определить величину постоянной Планка (3).Описание лабораторной установки. Экспериментальная установка состоит из призменного спектрометра, прозрачной кюветы с раствором , источника света с непрерывным и линейчатым спектрами излучения. Роль источника света играет ртутная лампа “дневного света”. В результате газового разряда пары ртути, заполняющие лампу, дают излучение, имеющее линейчатый спектр в видимой и ультрафиолетовой областях. Набор, характерных для ртути спектральных линий в видимой области спектра используется при градуировке спектрометра. Излучение ультрафиолетовой области спектра вызывает вторичное излучение люминофора, которым покрыта внутренняя поверхность ртутной лампы. Состав вторичного излучения за счет подбора материала люминофора близок составу белого света. Таким образом, ультрафиолетовый участок линейчатого спектра атомов ртути преобразуется в белый свет, разлагаемый спектрометром в непрерывный спектр, на фоне которого присутствуют дискретные линии видимого участка спектра.Основная деталь спектрометра – составная призма (П), установленная на поворотном столике (С). Столик способен вращаться при повороте микрометрического винта (В) с отсчётным барабаном (Б).  На барабан нанесена винтовая линия с градусными делениями и отсчетным (нулевым) указателем. Свет от источника света (ртутной лампы S) через диафрагму (Д), регулирующей ширину светового пучка, помещенную в фокусе линзы (Л1), падает параллельным пучком на составную призму, состоящую из трех склеенных призм (П1, П2, П3). Крайние призмы П1 и П3 из стекла с большой дисперсией расположены так, что их дисперсии складываются. Центральная призма П2 из стекла с малым показателем преломления поворачивает диспергированный световой пучок на 900 за счет полного отражения и посылает его в призму П3. Отдельные участки полученного спектра вращением столика (С) фокусируются линзой Л2 и наблюдаются в окуляр Л3. Порядок выполнения работы. Выполнение лабораторной работы состоит из двух частей. Первая часть – градуирование спектрометра, вторая – измерение границы спектра поглощения раствора. 1. Градуирование спектрометра Включите источник света, осветив входную щель. Изменяя размер диафрагмы, получите резкое изображение спектральных линий на фоне сплошного спектра. Вращением барабана совместите визирную стрелку с первой спектральной линией ртути длины волны λ1 и запишите отсчет №1 по винтовой линии барабана напротив отсчетного указателя. Цвета линий и соответствующие длины волн указаны на рабочем месте. Произведите эти измерения для каждой из видимых спектральных линий λ1, λ2, … , λm, занося результаты в таблицу. Серию измерений повторите 5 раз, последовательно перемещаясь от λ1 к λm и обратно. Таблица 1
2. Измерение границы спектра поглощения λд. Вращением барабана выставьте в поле зрения окуляра сине-зеленый участок сплошного спектра. Перед входной диафрагмой спектрометра установите кювету с раствором и убедитесь, что сине-фиолетовый участок спектра, соответствующий коротким волнам, пропадает и вновь появляется, если кювету убрать. Закрепите кювету перед диафрагмой. Вращением барабана совместите границу обрыва спектра с визирной стрелкой и запишите показания барабана  . Повторите эти измерения 5 раз, последовательно сбивая настройку и вновь устанавливая границу спектра на визир. Результаты измерений внесите в таблицу 2.Таблица 2
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||